采用全局健康因子和残差模型的锂离子电池健康状态估计

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作者 胡循泉 耿莉敏 +5 位作者 舒俊豪 张文博 巫春玲 尉小龙 黄东 陈昊 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第4期105-117,共13页

为准确估计锂离子电池的健康状态(SOH),提出了一种卷积神经网络-残差网络-双向门控循环单元-注意力机制(CNN-Residual-BiGRU-Attention)模型和微调估计方法。首先,采用分段近似聚合算法对电池容量增量和恒流充电曲线进行降维,构建全局... 为准确估计锂离子电池的健康状态(SOH),提出了一种卷积神经网络-残差网络-双向门控循环单元-注意力机制(CNN-Residual-BiGRU-Attention)模型和微调估计方法。首先,采用分段近似聚合算法对电池容量增量和恒流充电曲线进行降维,构建全局健康因子;接着,利用卷积神经网络提取全局健康因子时序特征,通过注意力机制突出强相关特征,并引入残差网络保持信息完整性;最后,通过改进人工蜂群算法对模型超参数寻优,提升模型SOH估计精度。采用美国国家航空航天局和牛津大学锂离子电池数据集进行精度验证,结果表明:利用提出的微调估计方法,即使精度较差的卷积神经-长短期记忆模型,SOH估计结果的平均绝对误差e_( MAE)、平均绝对百分比误差e_( MAPE)和均方根误差e RMSE也均在2%以内;相较于卷积神经网络-双向门控循环单元-注意力机制模型,采用CNN-Residual-BiGRU-Attention模型对训练集比例为30%的同一电池SOH进行估计,得到的e_( MAE)、e_( MAPE)和e RMSE分别降低了41.86%、44.35%、42.11%;对训练集比例为40%的同类电池SOH进行估计,得到的e_( MAE)、e_( MAPE)和e RMSE分别降低了45.51%、45.93%、40.10%。该研究结果可为低比例训练集条件下准确估计锂离子电池的SOH提供理论参考。 展开更多

关键词 锂离子电池 健康状态估计 全局健康因子 改进人工蜂群算法 残差 双向门控循环单元

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中介尺度内燃机甲醇–汽油混合燃料燃烧可视化研究

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作者 张超 李梦新 +2 位作者 何泽 李阳阳 付磊 《内燃机工程》 北大核心 2025年第1期48-56,共9页

以拓阳FS-S100AT四冲程活塞式微型汽油发动机为基础,构建了一个中介尺度微型内燃机燃烧可视化测试平台,用以研究在10000 r/min转速下,不同甲醇–汽油质量分数配比燃料(M100、M75、M50、M25、M0,其中数字为甲醇汽油混合气中甲醇的质量分... 以拓阳FS-S100AT四冲程活塞式微型汽油发动机为基础,构建了一个中介尺度微型内燃机燃烧可视化测试平台,用以研究在10000 r/min转速下,不同甲醇–汽油质量分数配比燃料(M100、M75、M50、M25、M0,其中数字为甲醇汽油混合气中甲醇的质量分数)和混合气过量空气系数(λ=1.2、1.0、0.8)对缸内火焰形态和传播速度的影响。研究结果表明:所有测试燃料在燃烧初期均呈现淡蓝色火焰。随着燃烧的进行,高甲醇含量燃料(M100、M75、M50)在活塞边缘显示出淡黄色火焰或高温黄色颗粒,而低甲醇含量燃料(M25、M0)由于汽油燃烧速度的限制,火焰传播较慢,缸内温度较低,火焰主要保持淡蓝色,仅偶尔出现淡黄色火焰或颗粒。随着甲醇掺混比的降低,火焰传播速度总体呈下降趋势;然而,在一定范围内,过量空气系数的降低会提升火焰传播速度。在λ=1.0下,燃烧火焰中的黄焰面积达到最大;M100燃料的黄焰面积增长最为迅速,随着甲醇比例的降低,黄焰面积的增长速度减缓。黄焰面积的增加既与润滑油燃烧不完全氧化有关,也与内燃机进排气门的特殊结构有关。 展开更多

关键词 微型内燃机 中介尺度 可视化 甲醇–汽油

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收缩比对渐缩旋转爆震燃烧室流动与增压特性影响的数值研究

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作者 黄吕萌 徐劲轩 +1 位作者 杨诏 陈占明 《推进技术》 北大核心 2025年第5期175-183,共9页

本文针对渐缩型旋转爆震燃烧室结构优化,通过二维仿三维手段开展了不同收缩比下的爆震燃烧数值模拟研究。研究发现,相比于等直流道,渐缩流道的收缩效应在提高燃烧室出口的总压方面更具优势,增压的机制来源于渐缩流道能够限制燃烧产物的... 本文针对渐缩型旋转爆震燃烧室结构优化,通过二维仿三维手段开展了不同收缩比下的爆震燃烧数值模拟研究。研究发现,相比于等直流道,渐缩流道的收缩效应在提高燃烧室出口的总压方面更具优势,增压的机制来源于渐缩流道能够限制燃烧产物的周向膨胀而促使其转化为出口轴向速度的分量。此外,随着渐缩爆震燃烧室收缩比的减小,爆震燃烧室的沿程总压增大,爆震强度提高,在收缩比达到0.4时爆震波强度达到峰值;但燃烧室平均进气马赫数降低,导致燃料再填充高度降低,流场稳定性下降;如果收缩比不断减小,甚至会导致爆震波解耦(收缩比为0.3时发生解耦)。因此,将渐缩流道应用于旋转爆震燃烧室以提高燃烧室的增压比是提升爆震发动机推进性能重要研究方向,也为旋转爆震发动机进一步的结构优化提供了可行途径。 展开更多

关键词 旋转爆震燃烧室 渐缩流道 增压特性 流道优化 数值仿真

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采用深度学习的全寿命周期锂电池荷电状态估计

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作者 张林 巫春玲 +1 位作者 黄鑫蓉 李艳波 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期36-43,共8页

针对锂离子电池的健康状态(SOH)随着充放电循环次数的增加而持续退化,导致在整个寿命周期内准确估计电池的荷电状态(SOC)难度较高的问题,提出了一种采用深度学习的全寿命周期内锂离子电池SOC估计模型。该模型采用被估计时刻及之前多个... 针对锂离子电池的健康状态(SOH)随着充放电循环次数的增加而持续退化,导致在整个寿命周期内准确估计电池的荷电状态(SOC)难度较高的问题,提出了一种采用深度学习的全寿命周期内锂离子电池SOC估计模型。该模型采用被估计时刻及之前多个历史时刻的电流、电压和温度组成的序列数据作为模型的输入,先采用一维卷积神经网络(1D CNN)提取序列的特征,再用门控循环单元(GRU)建立特征与SOC之间的非线性关系,然后采用贝叶斯优化方法(BO)对网络超参数进行寻优以提升预测的精度。采用两个公开数据集对所提出的模型进行验证,实验结果表明:所提模型在较宽的SOH范围内实现了精确的SOC预测,且预测精度显著优于采用单个深度学习模型的预测精度;与CNN和BiLSTM模型相比,所提模型的均方根误差分别平均降低了15.16%和45.22%;当输入序列的长度为10、数据采样间隔时间为1 min时,在两个数据集上预测的均方根误差均低于2%。 展开更多

关键词 锂离子电池 荷电状态估计 深度学习 健康状态

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质子交换膜燃料电池水淹膜干故障诊断方法综述

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作者 高楠 李文杰 +2 位作者 耿占柏 马彦磊 陈昊 《汽车工程学报》 2024年第4期599-613,共15页

对质子交换膜燃料电池水淹膜干故障的形成机理和检测方法进行综述。从PEMFC的构造、内部气体传输机理和水传输机理对水淹膜干故障的成因进行分析。对基于模型、数据驱动和可视化直接成像的水淹膜干故障诊断方法进行综述,深入了解不同诊... 对质子交换膜燃料电池水淹膜干故障的形成机理和检测方法进行综述。从PEMFC的构造、内部气体传输机理和水传输机理对水淹膜干故障的成因进行分析。对基于模型、数据驱动和可视化直接成像的水淹膜干故障诊断方法进行综述,深入了解不同诊断方法的技术特点。针对目前各类诊断方法存在的局限与不足之处,借助电化学阻抗谱分析设备小型便携化、电池模型参数完善和电池故障大数据共享等技术,提出对非固定动态工况下PEMFC水淹膜干故障预防与诊断的发展方向。 展开更多

关键词 水淹膜干故障 形成机理 模型 数据驱动 可视化

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采用格拉姆角场-卷积神经网络-时序卷积网络混合模型的锂离子电池健康状态估计

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作者 赵扬 耿莉敏 +5 位作者 胡循泉 胡兵 巫春玲 张文博 山世玉 陈昊 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期27-38,共12页

针对现有电池健康状态(SOH)估计存在估计精度低、时序特征捕捉不足的问题,提出了一种格拉姆角场-卷积神经网络-时序卷积网络(GAF-CNN-TCN)混合模型。利用GAF算法将不同长度的容量增量(IC)曲线转换成图像数据,并采用卷积神经网络从中提... 针对现有电池健康状态(SOH)估计存在估计精度低、时序特征捕捉不足的问题,提出了一种格拉姆角场-卷积神经网络-时序卷积网络(GAF-CNN-TCN)混合模型。利用GAF算法将不同长度的容量增量(IC)曲线转换成图像数据,并采用卷积神经网络从中提取特征;提出一种特征融合网络,将二维卷积神经网络从图像中提取的图片特征与一维卷积神经网络从IC序列中提取的时序特征进行融合;将提取的综合特征输入时序卷积网络模型中进行训练,实现了SOH的准确估计。利用美国国家航空航天局和牛津大学的锂离子电池数据集进行模型验证,结果表明:相较于长短期记忆(LSTM)模型,GAF-CNN-TCN混合模型输出的SOH与真实SOH之间的平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)分别降低了85.65%、86.12%、84.0%;相较于CNN-LSTM模型,所提模型的MAE、MAPE和RMSE分别降低了83.24%、83.75%、82.27%;相较于TCN模型,所提模型的MAE、MAPE和RMSE分别降低了76.92%、77.19%、76.01%。 展开更多

关键词 锂离子电池 电池健康状态 格拉姆角场 卷积神经网络 时序卷积网络

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二甲醚和甲醇双直喷喷雾燃烧特性的光学研究

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作者 南天天 肖红亮 +5 位作者 张海涛 黄吕萌 陈占明 陈昊 何海斌 吴杰 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期153-161,共9页

为明晰高压喷射条件下二甲醚和甲醇双直喷的喷雾形态和火焰发展特性,通过高温高压定容燃烧弹,利用高速相机基于纹影法,对比研究了甲醇和二甲醚双直喷的喷雾燃烧特性。实验中,喷射压力设置为60、80、100 MPa,环境背压设置为0.2、4 MPa,... 为明晰高压喷射条件下二甲醚和甲醇双直喷的喷雾形态和火焰发展特性,通过高温高压定容燃烧弹,利用高速相机基于纹影法,对比研究了甲醇和二甲醚双直喷的喷雾燃烧特性。实验中,喷射压力设置为60、80、100 MPa,环境背压设置为0.2、4 MPa,环境温度分别为500、800 K。背压为0.2 MPa时,二甲醚的气相和液相贯穿距以及喷雾投影面积小于甲醇;背压为4 MPa时情况相反。但是,二甲醚液相喷雾贯穿距和喷雾面积所占的比例在同工况下均小于甲醇,即两种背压条件下二甲醚的雾化效果均比甲醇的好。随着喷射压力的增加,双直喷喷雾的火焰浮起长度增加,喷射压力为100 MPa时的火焰浮起长度较60 MPa时增加约26.42%,着火延迟期变长,KL因子的总和减少了44.05%;随着二甲醚喷射延时的增加,两种喷雾碰撞后形成的双直喷喷雾发展变快,喷雾面积先变小后变大,燃烧火焰的着火延迟期变长。相比于同步喷射,二甲醚延迟1 ms喷射时火焰浮起长度增加8.34%,KL因子的总和下降26.12%。研究表明,增加喷射压力和二甲醚喷射延时对于优化二甲醚、甲醇双燃料发动机的喷雾与燃烧特性具有重要的促进作用。 展开更多

关键词 二甲醚 甲醇 闪急沸腾 喷雾特性 燃烧特性

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柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料匹配催化型颗粒捕集器的排放特性研究

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作者 张文博 高楠 +2 位作者 陈昊 赵伟 苏欣 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期18-25,共8页

使用柴油和聚甲氧基二甲醚(polymethoxy dimethyl ether,PODE)混合燃料进行了柴油机催化型颗粒物捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)的排放特性试验,研究分析了添加PODE对CDPF的过滤效率及CDPF前后端NO_(x)、CO_(2)和颗... 使用柴油和聚甲氧基二甲醚(polymethoxy dimethyl ether,PODE)混合燃料进行了柴油机催化型颗粒物捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)的排放特性试验,研究分析了添加PODE对CDPF的过滤效率及CDPF前后端NO_(x)、CO_(2)和颗粒物排放变化的影响。结果表明:加入PODE提高了CDPF对颗粒物的过滤效率,使用90%体积分数的柴油与10%体积分数的PODE掺混(D90P10)可使CDPF的平均过滤效率提高3.6%。CDPF对核态颗粒物的过滤效率低于86.39%,CDPF对聚集态颗粒物的过滤效率高于91.32%,CDPF对核态的过滤效率低于聚集态。CDPF对不同粒径颗粒物的过滤效率不同,且随颗粒物粒径的增加而增加。两种燃料下,通过CDPF后的颗粒物的几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)均减小,NO_(x)排放降低,CO_(2)排放增加。 展开更多

关键词 催化型颗粒物捕集器 柴油 聚甲氧基二甲醚 颗粒物 过滤效率

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中介尺度内燃机甲醇-汽油混合燃料燃烧特性试验研究

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作者 张超 许愿 +1 位作者 郑子康 李阳阳 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期12-19,共8页

为研究不同转速下混合气浓度和甲醇–汽油燃料掺混比对中介尺度内燃机燃烧特性的影响,以拓阳FS-S100AC四冲程往复活塞式微型单缸机为研究对象搭建燃烧试验台架,通过失火率、平均峰值缸压、峰值缸压循环变动和燃烧持续期等参数来反映燃... 为研究不同转速下混合气浓度和甲醇–汽油燃料掺混比对中介尺度内燃机燃烧特性的影响,以拓阳FS-S100AC四冲程往复活塞式微型单缸机为研究对象搭建燃烧试验台架,通过失火率、平均峰值缸压、峰值缸压循环变动和燃烧持续期等参数来反映燃烧质量,其中纯汽油记为G100,纯甲醇记为M100。结果表明:高转速下中介尺度内燃机失火率为0;转速较低时存在失火现象,并且λ与掺混比均对失火率有影响。平均峰值缸压随混合气浓度的增加而下降,λ为1.2时其值最大。当λ相同时呈现两头高中间低的趋势,且M100高于G100;当燃料掺混比和λ相同时,平均峰值缸压随转速的增大而上升。当λ和转速相同时,峰值缸压循环变动随甲醇掺混比的减少而下降,且混合气浓度越高峰值缸压循环变动越大。当掺混比和过量空气系数相同时,峰值缸压循环变动随转速的上升而减小。当λ相同时,中介尺度内燃机在各转速下燃烧持续期随甲醇掺混比的减少而上升,燃烧G100燃烧持续期最长。5种燃料的燃烧持续期均随均质混合气浓度的增加而下降,当λ为0.8时最短。当燃料和均质混合气浓度相同时,燃烧持续期随转速的增大而下降。 展开更多

关键词 中介尺度内燃机 甲醇 汽油 燃烧特性

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预喷油量对甲醇-柴油双燃料发动机燃烧特性影响试验 被引量：1

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作者 姚鑫 何泽 +4 位作者 郑子康 朱蕙 陈昊 李阳阳 无 《甘肃农业大学学报》 CAS CSCD 2023年第6期217-227,共11页

【目的】通过一台高压共轨直列四缸柴油发动机改造的甲醇-柴油双燃料发动机进行试验,研究预喷油量对甲醇-柴油发动机燃烧特性的影响。【方法】选取1800r/min,30%和70%负荷,20%~40%掺烧比工况,调节不同预喷油量,采集各个仪器的实时数据,... 【目的】通过一台高压共轨直列四缸柴油发动机改造的甲醇-柴油双燃料发动机进行试验,研究预喷油量对甲醇-柴油发动机燃烧特性的影响。【方法】选取1800r/min,30%和70%负荷,20%~40%掺烧比工况,调节不同预喷油量,采集各个仪器的实时数据,分析缸内平均压力、压力升高率、瞬时放热率、滞燃期和平均温度随预喷油量的变化。【结果】30%负荷,CCR超过30%,预喷量增大,主喷滞燃期延长,主喷燃烧阶段前期受柴油雾场燃烧主导,此负荷下引入预喷能有效改善发动机工作噪声,但预喷量的影响不高;70%负荷,CCR超过30%,预喷量的增大,主喷滞燃期明显缩短,主喷燃烧阶段前期受甲醇-空气均质压燃主导。【结论】30%和70%负荷,大掺烧比的工况尽量不采用预喷或采用较小的预喷柴油量来降低NOx的排放。 展开更多

关键词 甲醇-柴油双燃料 预喷油量 燃烧特性

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基于CHEMKIN的H_(2)O_(2)添加剂对正丁醇HCCI发动机着火过程影响的仿真分析 被引量：1

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作者 周奥 金慧 +2 位作者 张春化 李阳阳 李松峰 《甘肃农业大学学报》 CAS CSCD 2022年第3期184-190,共7页

【目的】研究H_(2)O_(2)添加剂对正丁醇均质压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)发动机着火过程的影响。【方法】基于CHEMKIN PRO软件分析了H_(2)O_(2)添加剂对正丁醇HCCI发动机着火过程中关键组分、基元反应和反应路... 【目的】研究H_(2)O_(2)添加剂对正丁醇均质压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)发动机着火过程的影响。【方法】基于CHEMKIN PRO软件分析了H_(2)O_(2)添加剂对正丁醇HCCI发动机着火过程中关键组分、基元反应和反应路径的影响。【结果】H_(2)O_(2)添加剂促使缸内OH和HO_(2)的浓度升高,改善了正丁醇HCCI发动机的低温氧化过程。随着H_(2)O_(2)溶液体积分数的增加,H_(2)O_(2)(+m)=OH+OH(+m)对低温氧化过程促进作用的影响显著增强,而与C_(4)H_(8)OH-1相关的基元反应对燃烧过程抑制作用的影响被逐步削弱。同时,由OH主导的脱氢反应消耗了更多的正丁醇燃料,并且后续反应也主要集中于有C_(4)H_(8)OH-1、C_(4)H_(8)OH-3和C_(4)H_(8)OH-4参与的3条反应路径上。【结论】H_(2)O_(2)添加剂明显地提升了缸内OH浓度,促进了正丁醇的低温氧化,使得燃烧相位提前。 展开更多

关键词 HCCI H_(2)O_(2) 正丁醇 低温氧化过程

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柴油预喷量对甲醇-柴油双燃料发动机NOx和颗粒物排放的影响试验 被引量：1

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作者 方文 郑子康 +3 位作者 刘卓沛 朱蕙 李阳阳 周奥 《甘肃农业大学学报》 CAS CSCD 2022年第2期201-208,共8页

【目的】研究柴油预喷量对甲醇-柴油双燃料发动机NOx和颗粒物的排放变化规律。【方法】以一台电控共轨四缸柴油机改造的甲醇-柴油双燃料发动机为试验对象,选取30%和70%负荷,10%~40%掺烧比工况,调节不同预喷量,测试NOx和颗粒物的排放数据... 【目的】研究柴油预喷量对甲醇-柴油双燃料发动机NOx和颗粒物的排放变化规律。【方法】以一台电控共轨四缸柴油机改造的甲醇-柴油双燃料发动机为试验对象,选取30%和70%负荷,10%~40%掺烧比工况,调节不同预喷量,测试NOx和颗粒物的排放数据,分析总数量浓度、平均粒径、粒径谱等指标。【结果】30%和70%负荷,预喷量为2 mg/cyc工况下,超细颗粒物的总数量浓度、平均粒径均处于一个较低水平;此工况下30%负荷大颗粒物的数量浓度最低,70%负荷大颗粒物数量浓度也处于引入预喷后的最低水平,NOx排放量有所下降。【结论】小负荷工况下,优化预喷量2 mg/cyc后,NOx和颗粒物的排放性能可以同时达到最优;大负荷下,NOx排放随预喷量增大而增大,颗粒物排放在预喷量2~3 mg/cyc附近达到最优。 展开更多

关键词 甲醇-柴油双燃料 预喷量 超细颗粒物 NOx

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以原料种类为基础分类的生物柴油特性综述

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作者 高楠 李文杰 +7 位作者 张鹏 赵伟 张洁 耿莉敏 贺卫东 李植林 邢学军 王淑云 《汽车工程学报》 2025年第3期263-286,共24页

生物柴油是良好的石油柴油替代品,因其环保性能好、发动机启动性能好、燃油性能好、原料来源广、可再生等特点,具有广泛的应用前景。然而不同原料内脂肪成分及含量不同,所制备而成的生物柴油在燃烧时,性能以及排放等特性也呈现出不同的... 生物柴油是良好的石油柴油替代品,因其环保性能好、发动机启动性能好、燃油性能好、原料来源广、可再生等特点,具有广泛的应用前景。然而不同原料内脂肪成分及含量不同,所制备而成的生物柴油在燃烧时,性能以及排放等特性也呈现出不同的趋势。以生产生物柴油的原料种类为基础,对生物柴油进行分类,并对不同种类生物柴油的特性进行综述。对生物柴油的理化性质以及制备工艺进行了详细介绍,区别于以制取生物柴油的技术迭代为基础的生物柴油分类,按照原料来源不同对生物柴油进行分类,这为之后的表格汇总以及各种不同原料生产的生物柴油进行横向对比提供了基础。分别对不同种类原料制备而成的生物柴油使用特性以及变化趋势进行归纳整理,将试验结果进行直观呈现,并对不同原料所生产的生物柴油特性进行评价,所有关于生物柴油的研究都表明,在污染物排放方面,发动机在使用大多数生物柴油时都发现CO等碳的氧化物的排放量减少,大部分研究表明碳氢化合物的排放量也减少了,但是NOx的排放量增多,这几乎是所有不同种类生物柴油的共同特点。针对目前不同种类生物柴油在使用过程中的局限性以及不足之处,提出未来生物柴油使用特性优化的方向。 展开更多

关键词 原料分类 生物柴油 理化性质 制备工艺 使用特性

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